臭氧活性炭工艺中最佳臭氧投加量的确定

臭氧活性炭工艺中最佳臭氧投加量的确定

李勇1，张晓健1，陈超1，张晓慧2，朱晓辉2，戴吉胜3

1 清华大学环境科学与工程系，北京，100084

2 兰州交通大学环境与市政工程学院，兰州，730070

3 东莞市东江水务有限公司，东莞，523112

摘要：臭氧投加量是臭氧活性炭工艺中重要的参数。直接影响净水效果和处理费用，本文通过研究臭氧活巨炭工艺对水质指标的去除规律，确定了臭氧活性炭工艺中的最佳臭氧投加量。试验结果表明：臭氧投加量太于1．5mgO3／mgCODMn臭氧参与反应的转化率小于60％。当原水中溴离子浓度为10～15ug／L时，有效臭氧投加量超过6．6mgo3／L水时，溴酸盐的生成量超过10ug／L。

对于东莞市东江水务有限公司第四水厂来说，最佳的臭氧授加量应该在1．5mg03／mgCODMn下。

关键词：臭氧活性炭：臭氧投加量；CODMn Uv254

臭氧投加量是臭氧活性炭工艺的重要参数，直接影响净水效果和处理费用。投加量过低，达不到臭氧化的处理效果：如果投加量过高，易生成极性较强的中间产物，不利于活性炭的吸附和生物降解．大剂量地投加炱氧还有可能增加臭氧副产物的生成量，同时也大大增加臭氧发生系统投资和运行费用。因此臭氧投加量的选择是十分重要的。

臭氧投加量与有机物的去除率并不是成线性关系，最佳的臭氧投加量因水中有机物的种类和浓度不同而有所差异，应通过试验确定。国外对臭氧一生物活性炭滤池的研究主要集中在对有机物、消毒副产物及其前体物物质、臭氧化副产物的去除，提高饮用水生物稳定性的研究上。对于臭氧最佳投加量评价体系的研究很少。本文通过研究臭氧活性炭工艺在东莞市东江水务有限公司第四水厂对有机物指标去除特性和消毒副产物的生成情况，确定臭氧活性炭工艺中的最佳臭氧投加量．

1试验装置

1．1．工艺流程

滤池出水一臭氧氧化一生物活性炭滤柱

1．2．试验装置规格尺寸

各单元设备的规格尺寸见表1。

表l试验设备的尺寸与参数

臭氧接触方式采用钛板曝气，有效深度3．6m。活性炭采用破碎炭，填装在直径为300mm的有机玻璃柱内，填装高度为2m，各柱子内炭的型号如表2所示．运行时滤池出水通过曝气头与臭氧气体接触，自下而上同向流过臭氧接触反应柱，接触时间15min。臭氧化出水自上而下流过活性炭滤柱，滤速8m／h，工作周期为七天．采用气水反冲，气冲强度为55m3／(m2·h)，冲洗历时2min：水冲强度为25m3／(m2·h)，膨胀度为20％，历时7～5min。

2试验材料和方法

2．1．试验材料

气体吸收瓶，碘量瓶，湿式气体流量计

2．2．试验方法

不同臭氧投加量下臭氧接触塔的传质特性和对水质指标的去除效果

每天调节不同的臭氧投加量，第二天早上如图1所示取样位置取样测定水中的臭氧浓度、CODMn、TOC、UV254、氨氮、溴酸盐和尾气的臭氧浓度指标。

3结果与讨论

3．1．臭氧投加量对CODMn的去除

图2表示了不同相对有效臭氧投加量下水中CODMn的去除规律。滤后水的CODMn在1-1．4mg/L。

从图中可以看出，当相对有效臭氧投加量小于1．2mg O3/mgCODMn时，臭氧对CODMn的去除近似直线增长到O．32mg，即lmg 03平均去除了O．27mgCODMn。臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，在饮用水的pH<7条件下，臭氧与水中有机污染物以分子臭氧的形式反应，可按下式分解：03→02+0。而理论上O→CODMn即Img 0可以去除lmgCODMn，则Im903可以去除0．33mgCODMn。因此，此时所投加的臭氧的反应转化率大于82％。

同理可得。当臭氧投加量在1．2mg03／mg-CODMn1．5 mg03／mgCODMn时，臭氧参与反应的转化率大于60％。当臭氧投加量大于1．5mg03／mgCODMn时，臭氧参与反应的转化率大于9％。另外单独的活性炭工艺对CODMn的去除基本保持在O．25mg左右。因此从提高臭氧利用率，降低成本的角度考虑，对于CODMn 的去除来说，有效臭氧投加量应该在1．5mg03／mgCODMn以下。

3．2．臭氧投加量对TOC的去除

图3表示了在不同有效臭氧投加量下，臭氧活性炭对TOC的去除效果，进水TOC在1．0～2．2mg/L。从图中可以看出，当有效相对臭氧投加量小于1．2mg03／mgTOC时，臭氧对TOC的去除很快上升到0．3lmg．当有效臭氧投加量大于1．2mg03／mgTOC时，臭氧出水TOC的去除摹本变化不大。当臭氧投加量小于O．7mg03／mgTOC时单独的活性炭工艺对TOC去除基本保持在0．2mg左右，当臭氧投加量大于0．7mg03／mgTOC，单独括性炭工艺对TOC的去除随着臭氧投加量的增加而增加，到臭氧投加量为1．2mg03／mgTOC时，单独活性炭对TOC的去除达到0．4mg。当臭氧投加量大于I．2mg03／mgTOC时，单独活性炭对TOC的去除变化不大。这表明经臭氧处理后的水中有一部分生物不可降解的有机物被转变成为生物可降解物质，臭氧投加量的增大，可以增加水中可生物降解有机物的比例，增加水质的可生物降解性。因此，可以认为臭氧TOC 的去除主要依靠生物活性炭的生物降解和吸附。这种规律在臭氧对CODMn的去除中没有表现出来，这是因为臭氧氧化使水中的有机物更容易被高锰酸钾氧化，从而不能完全表现出臭氧对CODMn的去除作用。

因此对TOC的去除来说，最佳的臭氧投加量为1．2mg03／mgTOC。一般情况下，水中的CODMn和TOC之间有一定的相关性，根据试验期间的检测，东江水务第四水厂的CODMn／TOC的平均值为0．7．即此时1．2mg03／mgTOC的投加量相当于1．6mg03／mgCODMn，这和3．3节中的结论是吻合的。

3．3．臭氧投加量对uV254的去除